Maitinimo šaltinio aušinimas, siekiant optimizuoti energijos efektyvumą ir kainą
Padidėjus gaminio sistemos šilumai, sistemos energijos suvartojimas padidės eksponentiškai. Tokiu būdu projektuojant maitinimo sistemą bus parenkamas didesnės srovės sprendimas, o tai neišvengiamai lems kaštų didėjimą. Tam tikru mastu išlaidos padidės eksponentiškai.
Šiluminis modeliavimas yra svarbi energijos produktų kūrimo ir gaminių medžiagų gairių pateikimo dalis. Modulio dydžio optimizavimas yra galinių įrenginių projektavimo plėtros tendencija, dėl kurios šilumos išsklaidymo valdymas paverčiamas iš metalinio šilumos kriauklės į PCB vario sluoksnį. Kai kurie moduliai šiandien naudoja žemesnius perjungimo dažnius perjungimo režimo maitinimo šaltiniams ir dideliems pasyviems komponentams. Įtampos konvertavimui ir ramybės srovės, varančios vidinę grandinę, linijinio reguliatoriaus efektyvumas yra palyginti mažas.
Daugėjant funkcijoms, našumas tampa vis didesnis, o įrenginio dizainas tampa vis kompaktiškesnis. Šiuo metu IC lygio ir sistemos lygio šilumos išsklaidymo modeliavimas tampa labai svarbus.
Kai kurių pritaikymų darbo aplinkos temperatūra yra nuo 70 iki 125 °C, o kai kurių štampų dydžio automobilių temperatūra siekia net 140 °C. Šioms programoms labai svarbus nenutrūkstamas sistemos veikimas. Optimizuojant elektronines konstrukcijas, vis svarbesnė tampa tiksli terminė analizė pagal trumpalaikius ir statinius blogiausio atvejo scenarijus pirmiau minėtų dviejų tipų programoms.
1. Šilumos valdymas
Šilumos išsklaidymo valdymo sunkumas yra sumažinti pakuotės dydį ir pasiekti didesnį šilumos išsklaidymo efektyvumą, aukštesnę darbo aplinkos temperatūrą ir mažesnį vario šilumos išsklaidymo sluoksnio biudžetą. Didelis pakavimo efektyvumas lems didesnę šilumą generuojančių komponentų koncentraciją, todėl IC lygiu ir pakuotės lygiu bus itin dideli šilumos srautai.
Veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti sistemoje, apima kitus spausdintinės plokštės maitinimo įrenginius, kurie gali turėti įtakos analizės įrenginio temperatūrai, sistemos erdvei ir oro srauto dizainui / apribojimams. Reikia atsižvelgti į tris šilumos valdymo lygius: paketą, plokštę ir sistemą
Tipiškas šilumos perdavimo kelias IC pakete
Maža kaina, nedidelės formos faktorius, modulių integravimas ir paketo patikimumas – tai keli aspektai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis paketą. Kadangi kaina tampa pagrindiniu aspektu, šilumos išsklaidymo gerinimo paketai, pagrįsti švino rėmais, tampa vis populiaresni.
Tokią pakuotę sudaro įmontuotas šilumos kriauklė arba atviras padėklas ir mirkymo lusto tipo paketas, skirtas pagerinti šilumos išsklaidymą. Kai kuriuose ant paviršiaus montuojamuose paketuose kai kurie specialūs švino rėmai suvirina kelis laidus kiekvienoje pakuotės pusėje, kad veiktų kaip šilumos sklaidiklis. Šis metodas užtikrina geresnį šilumos išsklaidymo kelią štampo trinkelės šilumos perdavimui.
2. IC ir paketo šilumos išsklaidymo modeliavimas
Šiluminei analizei reikalingi išsamūs ir tikslūs silicio lustų gaminių modeliai ir korpuso šiluminės savybės. Puslaidininkių tiekėjai pateikia silicio lusto IC šilumos išsklaidymo mechanines savybes ir pakuotę, o įrangos gamintojai – informaciją apie modulių medžiagas. Produkto vartotojai pateikia informaciją apie naudojimo aplinką.
Ši analizė padeda IC dizaineriams optimizuoti galios FET dydį, kad būtų galima sunaudoti blogiausią energijos suvartojimą pereinamaisiais ir statiniais darbo režimais. Daugelyje galios elektroninių IC galios FET užima nemažą matricos ploto dalį. Šiluminė analizė padeda dizaineriams optimizuoti savo dizainą.
Pasirinktas paketas paprastai atskleidžia dalį metalo, kad būtų užtikrintas mažas šilumos išsklaidymo varžos kelias nuo silicio lusto iki šilumos kriauklės. Pagrindiniai modeliui reikalingi parametrai yra šie:
Silicio lusto dydžio kraštinių santykis ir lusto storis.
Maitinimo įrenginio plotas ir vieta bei visos pagalbinės pavaros grandinės, kurios generuoja šilumą.
Maitinimo struktūros storis (dispersija silicio luste).
Štampo jungties plotas ir storis, kur silicio lustas yra prijungtas prie atvirų metalinių trinkelių arba metalinių iškilimų. Gali apimti štampavimo jungties medžiagos oro tarpo procentinę dalį.
Atidengtų metalinių trinkelių arba metalinių iškilimų sandūros plotas ir storis.
Naudokite formos medžiagą ir jungiamojo laido pakuotės dydį.
Turi būti pateiktos kiekvienos modelyje naudojamos medžiagos šilumos laidumo savybės. Į šiuos įvestus duomenis taip pat įtraukiami nuo temperatūros priklausomi visų šilumos laidumo savybių pokyčiai, kurie konkrečiai apima:
Silicio lusto šilumos laidumas
Diegimas, liejimo medžiagos šilumos laidumas
Šilumos laidumas metalinių trinkelių arba metalinių iškilimų sandūroje.
Pakuotės produkto ir PCB sąveika
Vienas iš svarbiausių šilumos išsklaidymo modeliavimo parametrų yra nustatyti šiluminę varžą nuo trinkelės iki šilumos kriauklės medžiagos. Šiluminės varžos nustatymo metodai yra šie:
Daugiasluoksnė FR4 plokštė (dažniausiai naudojamos keturių ir šešių sluoksnių plokštės)
Vieno galo plokštė
Viršutinės ir apatinės plokštės
Šilumos išsklaidymo ir šiluminės varžos keliai skiriasi priklausomai nuo skirtingų įgyvendinimo būdų:
Prijunkite prie vidinės šilumnešio plokštės šilumos išsklaidymo trinkelės arba šilumos išsklaidymo angos iškyšos sankryžoje. Naudokite litavimą, kad prijungtumėte atvirą šiluminę trinkelę arba buferio jungtį su viršutiniu PCB sluoksniu.
Anga ant PCB, esanti po atvira šilumine trinkelėmis arba guzelio jungtimi, kurią galima prijungti prie prailginto aušintuvo pagrindo, prijungto prie modulio' metalinio korpuso.
Naudokite metalinius varžtus, kad prijungtumėte radiatorių prie radiatoriaus, esančio metalinio korpuso PCB viršutiniame arba apatiniame vario sluoksnyje. Naudokite litavimą, kad prijungtumėte atvirą šiluminę trinkelę arba buferio jungtį su viršutiniu PCB sluoksniu.
Be to, kiekviename PCB sluoksnyje naudojamos vario dangos svoris arba storis yra labai svarbūs. Kalbant apie šiluminės varžos analizę, šis parametras tiesiogiai veikia sluoksnius, sujungtus su atviromis trinkelėmis ar iškilimais. Paprastai tariant, tai yra viršutinis, aušintuvo ir apatinis daugiasluoksnės spausdintinės plokštės sluoksniai.
Daugeliu atvejų tai gali būti dviejų uncijų vario (2 uncijos vario=2,8 mylių arba 71 µm) išorinis sluoksnis ir 1 uncijos vario (1 uncijos vario=1,4 mylios arba 35 µm) vidinis sluoksnis arba visi 1 uncijos sunkus variu padengtas sluoksnis. Buitinės elektronikos programose kai kuriose programose naudojamas net 0,5 uncijos vario (0,5 uncijos vario=0,7 milų arba 18 µm) sluoksnis.
